Meetod põhineb metaanimolekulide termilisel lagundamisel elektrikaare soojusenergia mõjul. Vesinik ja tehniline süsinik eraldatakse protsessi erinevates etappides. Plasmatroni stabiilseks tööks kasutatakse täiendavalt inertgaasi. Pärast puhastamist tagastatakse inertgaas keemilisse protsessi.

Toorained (metaan ja inertgaas) juhitakse balloonidest (11) kõrgepinge vahelduvvoolu plasmatroni (1) . Tooraine komponentide tarbimist mõõdetakse massivoolumõõturite-regulaatorite abil. Kõrgepinge (kuni 10 kV) mõjul süüdatakse plasmapõletis vahelduvvoolu elektrikaared (toiteallika toiteahela sagedus on 50 Hz). Elektrikaare toimel kuumutatakse metaani ja inertse gaasi segu kõrge temperatuurini (massi keskmine temperatuur kuni 3000 K).

Selle tulemusel toimuvad kõrge temperatuuri tsoonis järgmised keemilised protsessid: vesinikuaatomite eraldumine metaanimolekulist, C2 osakeste moodustumine. Jahtumisel muundub enamik C2 osakestest atsetüleeniks, vesinikuks ja tehniliseks süsinikuks. Atsetüleeni kontsentratsiooni vähendamiseks gaasisegus kasutatakse plasma-keemilist reaktorit (2). Plasma-keemilises reaktoris alandatakse reaktsioonisegu temperatuuri 1200 °C-ni. Kui gaasid viibivad reaktoris rohkem kui 2 sekundit, laguneb suurem osa atsetüleenist. Nii tekib vesinik, tehniline süsinik ja väikeses koguses metaani.

Kõrgtemperatuurilises soojusvahetis (3) reaktsioonisegu jahutatakse. Kuna tolmu (tehnilise süsiniku) kontsentratsioon gaasis on kõrge, võib see takistada gaasivoo tõhusat jahutamist. Seetõttu on külmkamber varustatud isepuhastuva seadmega.

200 °C-ni jahutatud gaasivoog juhitakse kottfiltrisse (4), milles gaasisegu puhastatakse tehnilisest süsinikust. Kui filtri hüdrauliline takistus tõuseb, käivitub automaatsel filtri tagurpidi läbipuhumine. Läbipuhumine toimub ressiiverist (16), mis sisaldab puhastatud vesiniku ja inertgaasi segu.

Toormaterjalid võivad sisaldada väikestes kogustes väävlit, mis võib PSA sorbenti inaktiveerida. Seetõttu asub järgmises puhastamise etapis adsorber (5), mis on täidetud selektiivse sorbendiga (tsinkoksiid vms.).

Happegaasidest puhastatud produktgaas suunatakse läbi ressiiveri (16) gaaside eraldamiseks PSA-seadmesse (7). Sisendrõhu ja massivoolu tagab kompressor (6). Seejuures tekib puhastatud vesiniku, kontsentratsiooniga vähemalt 95 mahuprotsenti, ning inertgaasi ja metaani segu. Toodetud vesiniku voolukiirus ja koostis määratakse sobivate andurite ja voolumõõturitega (15).

Inertgaasi ja metaani segu juhitakse kompressori (9) abil gaasihoidla (10) kaudu plasmatroni, koos värske koguse puhta inertgaasi ja metaaniga. Plasmatroni ja jahutussüsteemide õigeks tööks kasutatakse hüdraulilist gaasivarustussüsteemi (12).

Saadud vesinik ja muud protsessi põlevad gaasid suunatakse põlemiskambrisse (8). Põlemiseks vajalikku õhku suunatakse ventilaatoriga (14).

1. Plasmageneraator koos toiteallikaga
2. Plasma-keemiline reaktor
3. Soojusvaheti
4. Kottfilter
5. Happegaaside adsorber
6. Kompressor
7. PSA-seadmete plokk vesiniku eraldamiseks
8. Põlemiskamber
9. Kompressor
10. Gaasihoidla
11. Gaasiballoonide rajatised
12. Hüdrauliline gaasivarustuse ja plasmatroni juhtimissüsteem
13. Jahutussüsteem
14. Ventilaator
15. Vesiniku voolu ja kvaliteedi mõõtmine
16. Ressiiver
17. Plasmatroni toiteallikas
18. Diagnostika kamber
19. Juhtpult

Põhiosa katseseadme seadmetest valmistatakse, võttes arvesse võimalust transpordiks maa-, õhu- ja meretranspordiga, ning valmistatakse standardsete merekonteinerite mõõtmetes. Seadmed, mida tuleb kaitsta sademete, tuule, vihma või lume eest, paigutatakse konteineritesse või valmistatakse kasutamiseks iga ilmaga.

Materjali bilanss 1 kg metaani töötlemiseks. Lubatud kaod 1%. Tavarõhk.

Sisendid:

• Protsessi effektiivsus:                80%
• Metaan (CH4)                              1 kg
• Inertgaas                                      2 kg

Väljundid:

• Metaan (CH4)                              0,0099 kg
• Vesinik (H)                                    0,2475 kg
• Tehniline süsinik (С)                   0,7425 kg

Põhiseadmete energiakulu:

• 1) Plasmatron                            200 kW
• 2) Seadme juhtsüsteem          6,5 kW
• 3) Gaasieraldusüksus               64 kW
• 4) Kompressor                           20 kW

Põhiseadmete elektritarbimine on 290,85 kW.

Abiseadmete energiatarve pole täpselt teada, seega aluseks on võetud 10% põhiseadmete energiatarbimisest.

Kogu energiatarbimine on 320 kW.

• 1 kg metaani kohta – 5,65 kWh
• 1 kg vesiniku kohta – 22,85 kWh

Näidatud energiatarbimine ei arvesta võimalust soojusenergia ja mehaanilise energia taaskasutamiseks. Gaasilaienemise energia taaskasutamisel PSA seadmes (lühitsüklilise adsorbtsiooni seade), saame energiatarbimiseks – 19,9 kWh 1 kg vesiniku kohta.

Lisaks on võimalik jahutussüsteemis taaskasutada kuni 60 kW soojusenergiat. Väikese võimsusega seadmes on soojusenergia taaskasutamine suurte kapitalikulude tõttu ebapraktiline. Tööstuslikus seadmes, võttes arvesse soojusenergia taaskasutust, saame energiatarbimiseks – 15,6 kWh 1 kg vesiniku kohta.

Vesiniku ladustamine ja transportimine mistahes kujul (gaasiline, veeldatud jne.) on keeruline protsess ja nõuab rohkelt uusi tehnilisi ja tehnoloogilisi lahendusi. Sellest lähtuvalt vesinikku lähitulevikus suure tõenäosusega ei ladustata ega transpordita suurtes kogustes (sarnaselt naftale, bensiinile, gaasile jne). Vesinikku toodetakse täpselt sellistes kogustes kui tarbitakse ja tarbimiskohale võimalikult lähedal.

Suurtarbijate jaoks toodetakse vesinikku tulevikus peamiselt suurtes elektrolüüsijaamades või modifitseeritud SMR-tehnoloogia abil (koos CO2 püüdmisega). Väikeste ja keskmise suurusega tarbijate jaoks vesinikku kas transporditakse või on seda võimalik toota kohapeal maagaasist, kasutades meie arendatavat plasma-keemilist tehnoloogiat.

Maagaasi logistika on EL-is juba hästi arenenud (torujuhtmed, transport, ladustamine, tanklad jne.), mis hõlbustab oluliselt vesinikule üleminekut. Samuti pole vajadust kogu kaasneva infrastruktuuri väljaehitamiseks.

Kiireim üleminek vesinikule toimub eeldatavasti transpordivaldkonnas, kuna vesiniku jaoks on juba olemas suur hulk valmis tehnilisi lahendusi – autod, bussid, infrastruktuur, tankimisjaamad, lahendused vesiniku lokaalseks tootmiseks jne. Kõik need tehnoloogiad arenevad väga kiiresti. Suured autotootjad kavatsevad aastaks 2040 täielikult lõpetada sisepõlemismootoritega veoautode ja busside tootmise. Sõiduautotootjad kavatsevad seda veelgi kiiremini, juba aastaks 2025.

Meie väljatöötatav tehniline lahendus on sisuliselt juba valmis mini-tehas. Tehnoloogiat saab skaleerida lähtuvalt erinevate tarbijate vajadustest, nagu näiteks kütuse hulgimüügilaod ja tanklad. Hetkel töötame välja erineva tootlikkusega moodullahenduste kontseptsiooni.

Tulevikus saame oma tootmismoodulid paigaldada näiteks otse tankla kõrvale. Pole vajadust konkureerida olemasolevate tanklakettidega. Meie vesiniku tootmise lahendus on väärtusahela üks osa ning tänu madalatele vesiniku tootmise kuludele (umbes 3 EUR/kg) + juba olemasolev maagaasi infrastruktuur, on see lahendus palju mugavam ja tasuvam kui mistahes muud vesiniku tootmise tehnoloogiad, eriti võrreldes elektrolüüsiga.

Suurepärased väljavaated on ka tanklate mobiilsetel lahendustel (nt. CNG paak + vesiniku tootmise moodul ühel poolhaagisel).

Järgmises arenguetapis on kavas välja töötada ka suuremate tarbijate jaoks mõeldud lahendused, mis nõuavad suuremat tootlikkust.  Näiteks suured tööstusettevõtted, soojuse ja elektri tootmise kombijaamad jne. See nõuab täiendavat arendustööd ja teostatakse projekti järgmistes etappides.

Meie väljatöötatav tehnoloogiline lahendus võimaldab tulevikus vesiniku tootmist samuti biometaanist, mida arendatakse samuti aktiivselt. Lähtudes tänapäeva standarditest muudab see kogu vesiniku tootmise protsessi 100% “roheliseks”, vastavalt ELi kriteeriumidele.